进程篇——进程间通信(IPC)汇总

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内容来源：
  《Linux网络编程》、《linux系统编程》、《Unix环境高级编程》

一、概念

  Linux下多进程间的通信机制叫做进程间通讯机制（IPC,Inter-Process Communication），是多个进程间进行相互沟通的一种方式。
  每个进程都有自己独立的内存空间，通过IPC实现数据共享。
  1️⃣标识符和键：
    IPC结构：消息队列，信号量，共享内存
    内核中每个IPC结构对象都有内部名（非负整数的标识符）和外部名（数据类型key_t的键）。
    ftok()函数由路径名和项目ID创建一个键。
  2️⃣shell指令：
    ipcs (IPC Show：显示IPC信息)
    ③Semaphore Arrays（信号量数组）
  3️⃣如何查看IPC相关函数？(xxx 为msg、sem、shm)
    ①man xxxget：创建
    ②man xxxop：操作
    ③man xxxctl：控制

二、实现方式

（1）管道（pipe）

【详细点击：进程篇——进程间通信：管道】
  本质：操作方式为文件的内存缓冲区。
  分类：

项目	匿名管道	命名管道（FIFO）
特点	无文件名， 只可用于亲属进程之间的通信	有文件名， 可用于不同进程之间通信
函数	①pipe() [系统调用 - man 2] ②popen()与pclose()	mkfifo() [库函数 - man 3]
通信方式	半双工	半双工

（2）消息队列（Message Queue）

【详细点击：进程篇——进程间通信：消息队列】
  消息队列是内核地址空间中的内部链表，通过Linux内核在各个进程之间传递内容。
  消息顺序地发送到消息队列中，并以几种不同的方式从队列中获取，每个消息队列可以用IPC标识符唯一的进行标识。内核中的消息队列是通过IPC的标识符来区别的，不同的消息队列之间是相对独立的。每个消息队列中的消息，又构成一个独立的链表。

（3）信号量数组（Semaphore Arrays）

【详细点击：进程篇——进程间通信：信号量】
  信号量是一种计数器，用来控制对多个进程共享的资源所进行的访问，为获取共享资源，进程需执行以下操作：
    ①测试控制该资源的信号量（原子操作）
    ②若信号量的值为正，则进程可使用该资源。进程将信号量值减1（原子操作），表示它使用了一个资源单位。
    ③若信号量的值为0，则进程进入休眠状态，直至信号量值大于0，进程被唤醒，返回①步。
  常用信号量形式：二元信号量或双态信号量，用于控制单个资源，初始值为1。
    一般而言，信号量的初值可为任一正值，用于说明有多少个共享资源单位可供共享应用。
  常常被用做一个锁机制，在某个进程正在对特定资源进行操作时，信号量可以防止另一个进程去访问它。
  生产者和消费者的模型是信号量的典型使用。

（4）共享内存（Shared Memory Segments）

【详细点击：进程篇——进程间通信：共享内存】
  共享内存是在多个进程之间共享内存区域的进程间的通信方式，它是在多个进程之间对内存段进行映射的方式实现内存共享的。这是IPC最快捷的方式，因为共享内存方式的通信没有中间过程，而管道、消息队列等方式则是需要将数据通过中间机制进行转换;与此相反，共享内存方式直接将某段内存段进行映射，多个进程间的共享内存是同一块的物理空间，仅仅是地址不同而已，因此不需要进行复制，可以直接使用此段空间。